XNRGI opracowuje technologię akumulatorów do pojazdów elektrycznych, która zwiększa zasięg do 700 mil

Jednym z wyzwań stojących przed branżą pojazdów elektrycznych jest zasilanie akumulatorowe. W maju tego roku dyrektor ds. globalnych dostaw Tesli oświadczył, że firma planuje m.in niedobór kluczowych materiałów akumulatorowych. Producenci samochodów pracują nad tym zintegrować pionowo producentów akumulatorów do swojej działalności, aby mieć pewność, że będą mieli dostęp do akumulatorów w razie potrzeby.

Dzieje się tak głównie dlatego, że akumulatory litowo-jonowe są standardem dla ogniw wielokrotnego ładowania. Są używane we wszystkim, od aparatów i telefonów po pojazdy elektryczne. Oprócz tego, że są drogie i zależne od ograniczonych zasobów, akumulatory litowo-jonowe niosą ze sobą ryzyko przegrzania i zapalenia się, a nawet eksploduje. Dlatego

Potrzebna jest nowa architektura akumulatorów, łatwiejsza do wykonania. Idealnie byłoby, gdyby nowy projekt akumulatora charakteryzował się większą gęstością energii i krótszym czasem ładowania, dzięki czemu idealnie nadawałby się do użytku w pojazdach.

Już wiesz, co będzie dalej: firma o nazwie XNRGI z siedzibą w pobliżu Portland w stanie Oregon twierdzi, że zna odpowiedź. Samo w sobie nie jest to niczym niezwykłym. Wiele osób twierdzi, że ma cudowną baterię, ale zawsze twierdzą, że nie mogą jeszcze o tym powiedzieć.

Różnica w przypadku XNRGI polega na tym, że firma posiada portfel opublikowanych patentów związanych bezpośrednio z technologią akumulatorów Powerchip i złożyła wniosek o kilka kolejnych. Na swoje badania firma otrzymała także fundusze od Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych. Dzięki ochronie patentowej i finansowaniu XNRGI chętnie pokaże światu, co ma.

„Wierzymy, że możemy teraz jednocześnie rozwiązać wszystkie problemy związane z akumulatorami litowo-jonowymi” – powiedział dyrektor generalny XNRGI, Chris D'Couto.

Starsza technologia zyskuje nowy cel

Kluczową różnicą pomiędzy konwencjonalną baterią litowo-jonową a baterią XNRGI Powerchip jest jej skład. Podczas gdy konwencjonalne akumulatory litowo-jonowe wykorzystują jako materiał budowlany zawiesinę grafitu na dwuwymiarowym przewodniku, w akumulatorze XNRGI zastosowano lit metaliczny w trójwymiarowej porowatej płytce krzemowej. W waflach nie ma nic nowego ani innego; są to te same dyski, które od dziesięcioleci produkuje przemysł półprzewodników.

„Podejmujemy sprawdzone kroki w zakresie produkcji chipów i stosujemy je w tej baterii” – powiedział D'Couto. „Bierzemy coś z jednej branży i stosujemy to w innej branży. Nie wymyślamy niczego w tym zakresie. Możemy kupić płytki, więc nie musimy inwestować dużych środków w fabrykę.

Najlepsze jest to, że akumulatory XNRGI są wykonane ze starszych, grubszych płytek, na które nie ma już popytu. Istnieje już ogólnoświatowa infrastruktura umożliwiająca tanią produkcję tych płytek w dużych ilościach.

Zaleta płytek krzemowych

Zaleta stosowania płytek krzemowych do budowy baterii zależy od innego dobrze ugruntowanego procesu półprzewodnikowego. Konstrukcja XNRGI wykorzystuje perforowane wafle, aby stworzyć powierzchnię przypominającą wafel. Każdy 12-calowy dysk krzemowy może pomieścić do 160 milionów mikroskopijnych porów. Następnie płytki powleka się z jednej strony nieprzewodzącą powierzchnią. Druga strona płytki jest pokryta przewodzącym metalem, który przenosi prąd elektryczny.

„Powłoki metalowe, których używamy, pochodzą z przemysłu chipów” – powiedział D’Couto, „a powłoki izolacyjne pochodzą z przemysłu chipów i są stosowane tutaj. Nie wymyślamy niczego po stronie procesu.”

Porowata natura płytki zwiększa całkowitą powierzchnię baterii nawet 70 razy w porównaniu z powierzchnią dwuwymiarową. Każdy por jest fizycznie oddzielony od sąsiadów, co pomaga wyeliminować wewnętrzne zwarcia i zapobiega degradacji akumulatora w miarę upływu czasu i użytkowania.

„Każda z tych małych dziurek to w rzeczywistości bardzo mała bateria” – zauważył D'Couto. „Kiedy którykolwiek z nich indywidualnie zawiedzie, awaria nie będzie się rozprzestrzeniać. Taka architektura sprawia, że ​​akumulator jest całkowicie bezpieczny, zapobiegając ucieczce termicznej i eksplozjom.

Poprawiona gęstość i pojemność energii

Technologia płytek XNRGI została zaprojektowana tak, aby można ją było zastosować po stronie anodowej akumulatora. Gdy akumulator jest w pełni naładowany, anoda przypomina wiadro elektronów. Gdy akumulator się rozładowuje, elektrony przepływają przez obwód na stronę katodową akumulatora. Kiedy akumulator jest ponownie ładowany, pojemnik anodowy zostaje ponownie napełniony.

„Dziś, gdy mówimy o baterii litowo-jonowej, mówi się, że jest ona wykonana z litu interkalowane z grafitem” – wyjaśnił D’Couto. „Od czasu powstania akumulatorów litowo-jonowych grafit był używany po stronie anody, aby zapewnić miejsce parkingowe, na którym jony litu mogą lądować i startować”.

Ogromną zaletą konstrukcji porowatych płytek krzemowych jest to, że anoda XNRGI ma 70 razy większą powierzchnię niż anoda grafitowa i wykorzystuje czysty litowo-metaliczny, dzięki czemu anoda Powerchip ma około 10 razy większą gęstość energii niż istniejące anody akumulatorów litowo-jonowych.

„Uzyskujemy większą gęstość energii dzięki trójwymiarowemu wzrostowi powierzchni” – stwierdził D'Couto.

Mniejszy wzrost dendrytów zapewnia dłuższą żywotność baterii

Jednym z powodów, dla których akumulatory ulegają degradacji z biegiem czasu, jest to, że gdy anoda przechodzi powtarzające się cykle rozładowania i ładowania, na jej powierzchni gromadzą się substancje chemiczne. Nagromadzenie to nazywa się „dendrytem” i wygląda jak stalaktyt wapienny. Dendryty mogą ostatecznie przebić fizyczny separator między anodą a katodą i spowodować zwarcie akumulatora.

„Kiedy dendryt przebije się przez separator, następuje szybka awaria akumulatora” – wyjaśnił D’Couto.

Jony litu przenoszą także inne materiały, które gromadzą się niczym płytka nazębna na separatorze pomiędzy anodą i katodą akumulatora, zasadniczo zatykając akumulator i zmniejszając jego wydajność. Anoda XNRGI jest odporna na tworzenie się dendrytów i wydłuża żywotność baterii dzięki nieprzewodzącej powłoce na płytce krzemowej. Pierwiastki przenoszone wraz z jonami litu nie przyklejają się do tej powierzchni, przez co nie mogą łatwo tworzyć dendrytów ani osadzać się nazębnej płytki nazębnej.

D’Couto szacuje, że ciasto XNRGI Powerchip zapewni od trzech do pięciu razy dłuższą żywotność niż obecnie osiągalna bateria litowo-jonowa.

Krótszy czas ładowania i większy zasięg

Zwiększona powierzchnia wewnątrz układu Powerchip oznacza, że ​​akumulator może się rozładowywać i ładować znacznie szybciej niż konwencjonalne ogniwa litowo-jonowe. Oznacza to, że podczas jazdy dostępna jest większa moc. Co ważniejsze, oznacza to szybsze ładowanie.

Według D’Couto anoda Powerchip jest w stanie osiągnąć 80% naładowania w ciągu 15 minut. Częściej spotykane ładowanie od 10% do 90% jest również ukierunkowane na 15 minut. Oprócz szybkiego ładowania XNRGI szacuje, że akumulatory Powerchip zwiększą zasięg EV nawet o 280% w porównaniu z konwencjonalnymi akumulatorami litowo-jonowymi o tej samej wadze. Dla porównania oznacza to, że obecny pojazd elektryczny o zasięgu 250 mil (jak wielu ma) miałby zasięg 700 mil.

Bateria XNRGI jest także znacznie lżejsza niż dzisiejsze ogniwa. Producenci samochodów mogliby zdecydować się na produkcję lżejszych i bardziej wydajnych pojazdów elektrycznych lub umieścić w samochodzie więcej akumulatorów, aby uzyskać jeszcze większy zasięg przy istniejącej masie.

Kiedy to zobaczymy?

W tej chwili XNRGI współpracuje z firmami, które wykorzystują wszelkiego rodzaju akumulatory, od małej elektroniki użytkowej po producentów samochodów, a nawet przedsiębiorstwa użyteczności publicznej na poziomie sieci. Firma przewiduje, że umowy licencyjne dotyczące wprowadzenia na rynek produktów konsumenckich zostaną sfinalizowane w ciągu najbliższych dwóch do pięciu lat, w zależności od zastosowania baterii.

„Oczekujemy, że w 2020 roku nasze baterie będą wykorzystywane w produktach mobilnych, takich jak motocykle, hulajnogi, drony, roboty i nie tylko” – prognozuje D’Couto. „W przypadku pojazdów elektrycznych będzie to prawdopodobnie rok 2022 lub 2023, w pewnym ograniczonym wolumenie, a następnie wprowadzenie pojazdów elektrycznych w dużej liczbie w 2024 r. Po szeroko zakrojonych testach jest to mniej więcej norma dla przemysłu motoryzacyjnego.”

Pojawienie się technologii akumulatorów zapewniających bezpieczne, szybkie ładowanie, trwałość i duży zasięg prawdopodobnie zmieni zasady gry w branży pojazdów elektrycznych. Z perspektywy czasu, gdy naukowcy na całym świecie badają lepszą technologię akumulatorów, być może nie powinniśmy być zaskoczeni, że ktoś ją znalazł.

Ulepsz swój styl życiaDigital Trends pomaga czytelnikom śledzić szybko rozwijający się świat technologii dzięki najnowszym wiadomościom, zabawnym recenzjom produktów, wnikliwym artykułom redakcyjnym i jedynym w swoim rodzaju zajawkom.